同步发电机励磁控制实验

同步发电机励磁控制实验一、实验目的1．加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务；2．了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；3．熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动；4．了解微机励磁调节器的基本控制方式；5．了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响；6．了解几种常用励磁限制器的作用；7．掌握励磁调节器的基本使用方法。

二、原理与说明同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。

励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。

图1 励磁控制系统示意图实验用的励磁控制系统示意图如图1所示。

可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。

当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。

而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。

两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。

微机励磁调节器的控制方式有四种：恒U F（保持机端电压稳定）、恒I L（保持励磁电流稳定）、恒Q（保持发电机输出无功功率稳定）和恒α（保持控制角稳定）。

其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。

同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。

当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。

发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90°；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90°，实现逆变灭磁。

电力系统稳定器――PSS是提高电力系统动态稳定性能的经济有效方法之一，已成为励磁调节器的基本配置；励磁系统的强励，有助于提高电力系统暂态稳定性；励磁限制器是保障励磁系统安全可靠运行的重要环节，常见的励磁限制器有过励限制器、欠励限制器等。

三、实验项目和方法（一）不同α角（控制角）对应的励磁电压波形观测（1）合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄；（2）励磁系统选择它励励磁方式：操作“励磁方式开关”切到“微机它励”方式，调节器面板“它励”指示灯亮；（3）励磁调节器选择恒α运行方式：操作调节器面板上的“恒α”按钮选择为恒α方式，面板上的“恒α”指示灯亮；（4）合上励磁开关，合上原动机开关；（5）在不启动机组的状态下，松开微机励磁调节器的灭磁按钮，操作增磁按钮或减磁按钮即可逐渐减小或增加控制角α，从而改变三相全控桥的电压输出及其波形。

注意：微机自动励磁调节器上的增减磁按钮键只持续5秒内有效，过了5秒后如还需要调节，则松开按钮，重新按下。

实验时，调节励磁电流为表1规定的若干值，记下对应的α角（调节器对应的显示参数为“CC”），同时通过接在Ud+、Ud-之间的示波器观测全控桥输出电压波形，并由电压波形估算出α角，另外利用数字万用表测出电压Ufd和U AC，将以上数据记入下表，通过Ufd，U AC和数学公式也可计算出一个α角来；完成此表后，比较三种途径得出的α角有无不同，分析其原因。

（6）调节控制角大于90度但小于120度，观察全控桥输出电压波形，与课本所画波形有何不同？为什么？（7）调节控制角大于120度，观察全控桥输出电压波形，与课本所画波形有何不同？为什么？（二）同步发电机起励实验同步发电机的起励有三种：恒U F方式起励，恒α方式起励和恒I L方式起励。

其中，除了恒α方式起励只能在它励方式下有效外，其余两种方式起励都可以分别在它励和自并励两种励磁方式下进行。

恒U F方式起励，现代励磁调节器通常有“设定电压起励”和“跟踪系统电压起励”的两种起励方式。

设定电压起励，是指电压设定值由运行人员手动设定，起励后的发电机电压稳定在手动设定的电压水平上；跟踪系统电压起励，是指电压设定值自动跟踪系统电压，人工不能干预，起励后的发电机电压稳定在与系统电压相同的电压水平上，有效跟踪范围为85%～115%额定电压；“跟踪系统电压起励”方式是发电机正常发电运行默认的起励方式，而“设定电压起励”方式通常用于励磁系统的调试试验。

恒I L方式起励，也是一种用于试验的起励方式，其设定值由程序自动设定，人工不能干预，起励后的发电机电压一般为20%额定电压左右；恒α方式起励只适用于它励励磁方式，可以做到从零电压或残压开始由人工调节逐渐增加励磁，完成起励建压任务。

1．恒U F方式起励步骤（1）将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式，投入“励磁开关”；（2）按下“恒U F”按钮选择恒U F控制方式，此时恒U F指示灯亮；（3）将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭磁位置；（4）启动机组；（5）当转速接近额定时，（频率≥47Hz）,将“灭磁”按钮松开，发电机起励建压。

注意观察在起励时励磁电流和励磁电压的变化（看励磁电流表和电压表）。

录波，观察起励曲线，测定起励时间，上升速度，超调，振荡次数，稳定时间等指标，记录起励后的稳态电压和系统电压。

上述的这种起励方式是通过手动解除“灭磁”状态完成的，实际上还可以让发电机自动完成起励，其操作步骤如下：（1）将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式，投入“励磁开关”；（2）按下“恒U F ”按钮选择恒U F 控制方式，此时恒U F 指示灯亮；（3）使调节器操作面板上的“灭磁”按钮为弹起松开状态（注意，此时灭磁指示灯仍然是亮的）；（4）启动机组；（5）注意观察，当发电机转速接近额定时（频率≥47Hz ），灭磁灯自动熄灭，机组自动起励建压，整个起励过程由机组转速控制，无需人工干预，这就是发电厂机组的正常起励方式。

同理，发电机停机时，也可由转速控制逆变灭磁。

改变系统电压，重复起励（无需停机、开机，只需灭磁、解除灭磁），观察记录发电机电压的跟踪精度和有效跟踪范围以及在有效跟踪范围外起励的稳定电压。

按下灭磁按钮并断开励磁开关，将“励磁方式开关”改切到“微机它励”位置，恢复投入“励磁开关”（注意：若改换励磁方式时，必须首先按下灭磁按钮并断开励磁开关！否则将可能引起转子过电压，危及励磁系统安全。

）本励磁调节器将它励恒U F 运行方式下的起励模式设计成“设定电压起励”方式（这里只是为了试验方便，实际励磁调节器不论何种励磁方式均可有两种恒U F 起励方式），起励前允许运行人员手动借助增减磁按钮设定电压給定值，选择范围为0～110%额定电压。

用灭磁和解除灭磁的方法，重复进行不同设定值的起励试验，观察起励过程，记录设定值和起励后的稳定值。

2．恒I L 方式起励步骤（1）将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式或者“微机它励”方式，投入“励磁开关”；（2）按下“恒I L ”按钮选择恒I L 控制方式，此时恒I L 指示灯亮；（3）将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭磁位置；（4）启动机组；（5）当转速接近额定时（频率>=47Hz ）,将“灭磁”按钮松开，发电机自动起励建压，记录起励后的稳定电压。

起励完成后，操作增减磁按钮可以自由调整发电机电压。

3．恒α方式起励步骤（1）将“励磁方式开关”切到“微机它励”方式，投入“励磁开关”；（2）按下恒α按钮选择恒α控制方式，此时恒α指示灯亮；（3）将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭磁位置；（4）启动机组；（5）当转速接近额定时（频率>=47Hz ）,将“灭磁”按钮松开，然后手动增磁，直到发电机起励建压；（6）注意比较恒α方式起励与前两种起励方式有何不同。

四、实验报告要求1、︒=120α图1直流励磁电压Ud 图2 A 相电压Ua图3 A 、C 两相线电压Uac 图4触发信号2、︒=90α图5直流励磁电压Ud 图6 A 相电压Ua图7 A 、C 两相线电压Uac 图8触发信号3、︒=60α图9直流励磁电压Ud 图10 A 相电压Ua图11 A、C两相线电压Uac 图12触发信号五、思考题1．三相可控桥对触发脉冲有什么要求？答：六个晶闸管的触发脉冲按顺序，依次相差60°；共阴极组的脉冲依次差120°，共阳极组也依次相差120°；同一相的上下两个桥臂脉冲相差180°。

2．为什么在恒α方式下，必须手动“增磁”才能起励建压？答：恒α方式是一种开环控制方式，没有闭环反馈，只限于他励方式下使用。

3．比较恒UF方式起励、恒IL方式起励和恒α方式起励有何不同？答：恒UF方式为保持机端电压稳定，恒IL方式为保持励磁电流稳定，恒α方式为保持控制角稳定。

其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于他励方式下使用。

4．逆变灭磁与跳励磁开关灭磁主要有什么区别？答：若发电机利用全控桥进行逆变灭磁，必须使最小逆变角大于换流角及晶闸管关断角之和，而跳励磁开关是由相应的继保装置检测到某种值超过负荷整定值范围时，迅速关断。

六、心得体会通过本次实验，我更深入理解了同步发电机准同期并列原理和准同期并列条件以及同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务，我掌握了微机准同期控制器及模拟式综合整步表的使用方法和励磁调节器的基本使用方法以及常用励磁限制器的作用，我还了解了同步发电机准同期并列过程和自并励励磁方式和它励励磁方式的特点、微机励磁调节器的基本控制方式以及电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响。

通过这次自动装置实验及老师的讲解，使我对自动装置这门课都有了新的认识。

之前觉得这门课很抽象，甚至有点无聊。

在实验中改变了我一直以来的认识。

发现自动装置在现代电力系统有着很重要的作用和很高的地位。

在现代化、自动化程度越来越高的电力系统中，对传统的设备提出了更高的要求，要求性能越来越好，自动化程度也越来越重要。

虽然实验室有限，不能每个人都能亲自参与全程实验，但是在老师的悉心指导和同学热烈讨论下，我们还是有很大的收获。

总之，这次实验不仅丰富了我的理论知识、提高了我的实际动手能力，还让我明白了团队合作的重要性，这对我以后进一步深入学习和走入工作岗位都有很大的帮助。